基于改进秘书鸟优化算法的船舶主动横摇抑制PID控制器优化调参

《Scientific Reports》：PID controller parameter optimization for ship fin stabilizers based on an improved secretary bird optimization algorithm

　　

摘要

由比例-积分-微分（PID）控制器控制的鳍稳压器在船舶主动横摇抑制领域占据主导地位，然而其性能高度依赖于非线性水动力条件和时间变化海况下的增益调节。本文提出了一种改进秘书鸟优化算法（ISBOA），该算法结合了Logistic-Tent混沌映射与基于对立的学习方法，在捕食阶段引入了DE/rand/1/bin算子，并采用了具有能量驱动停滞逃逸机制的非线性自适应控制因子。在29个CEC2017函数和12个CEC2022函数上，ISBOA整体排名第一；在246次两两比较中，199次具有显著性，173次还达到了中等或大型有利效应量，唯一的例外是CCO。消融实验证实了每种策略的贡献。将该算法应用于由Pierson-Moskowitz谱驱动的Matlab/Simulink闭环PID调参中，以最小化横摇角的ITAE指标，ISBOA将均方根值和峰值横摇角分别降低了95.3%和94.4%，而常规调节的固定PID仅降低了85.6%和82.7%。在九种非设计工况下保持增益不变时，其中八种工况的降幅保持在94.2%至95.9%之间，但在第九种工况下环路发散；系数扫描表明，该调参仅在标称值的0.90范围内稳定，而较低增益设置可容忍0.75，这明确体现了性能与稳定裕度之间的权衡。试验台架测量显示，峰值管路振动降低了25.2 dB。